न्यूनतम क्वार्टज़ हमले के साथ लगभग -तटस्थ नमक वातावरण
अमोनियम सल्फेट ((NH₄)₂SO₄) सबसे व्यापक रूप से उत्पादित नाइट्रोजन उर्वरकों में से एक है, साथ ही जैव रासायनिक विनिर्माण में प्रोटीन अवक्षेपण (नमकीनीकरण) और ज्वाला मंदक के लिए एक सामान्य अभिकर्मक है। विशिष्ट औद्योगिक सांद्रता जलीय घोल में वजन के अनुसार 30-40% तक होती है, बाष्पीकरणकर्ताओं, क्रिस्टलाइज़र और विघटन टैंकों में ऑपरेटिंग तापमान 70-90 डिग्री तक होता है। क्वार्ट्ज विसर्जन हीटर अमोनियम सल्फेट सेवा के लिए अत्यधिक उपयुक्त हैं क्योंकि फ़्यूज्ड सिलिका लगभग तटस्थ नमक समाधानों के लिए उत्कृष्ट प्रतिरोध प्रदान करता है। अमोनियम आयन (NH₄⁺) हल्के हाइड्रोलिसिस से गुजरता है: NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺, थोड़ा अम्लीय वातावरण उत्पन्न करता है (25 डिग्री पर 40% (NH₄)₂SO₄ के लिए pH 4.5-5.5, 80 डिग्री पर pH 4-5)। सल्फेट आयन (SO₄²⁻) गैर -आक्रामक है और क्वार्ट्ज पर हमला नहीं करता है। इसलिए गर्म अमोनियम सल्फेट में क्वार्ट्ज की संक्षारण दर बहुत कम है। हालाँकि, दो व्यावहारिक चिंताएँ मौजूद हैं: क्वार्ट्ज सतह पर अमोनियम सल्फेट का क्रिस्टलीकरण (विशेष रूप से बाष्पीकरणकर्ताओं में) और यदि समाधान में क्लोराइड अशुद्धियाँ हैं तो संभावित गड्ढा। यह विश्लेषण यह निर्धारित करता है कि अमोनियम सल्फेट सांद्रता (30-40%), तापमान (70-90 डिग्री), और समाधान की शुद्धता फ़्यूज्ड सिलिका पर समान संक्षारण और जमा गठन को कैसे प्रभावित करती है।
गर्म अमोनियम सल्फेट में फ़्यूज्ड सिलिका का संक्षारण कैनेटीक्स
अमोनियम सल्फेट में क्वार्ट्ज का क्षरण NH₄⁺ हाइड्रोलिसिस से हल्के अम्लीय पीएच द्वारा संचालित होता है। 35% (एनएच₄)₂एसओ₄ (पीएच 4.5-5.0) में 80 डिग्री पर, मुक्त एच⁺ एकाग्रता 10⁻⁵ से 10⁻⁴.⁵ एम है। इस कम अम्लता पर, क्वार्ट्ज की एकसमान संक्षारण दर 0.00005 मिमी/घंटा से नीचे है {{10}अनिवार्य रूप से व्यावहारिक समय सीमा पर अथाह। तुलना के लिए, पीएच 4.5 एसिटिक एसिड 80 डिग्री पर क्वार्ट्ज को 0.0001-0.0002 मिमी/घंटा पर संक्षारित करता है। अमोनियम सल्फेट में कम दर इस तथ्य को दर्शाती है कि प्रोटॉन एकमात्र हमलावर प्रजाति है; कोई केलेशन या हैलाइड त्वरण नहीं है।
5,000 घंटों के लिए 85 डिग्री पर 35% (NH₄)₂SO₄ में उच्च शुद्धता वाले फ्यूज्ड क्वार्ट्ज का विसर्जन परीक्षण कोई पता लगाने योग्य वजन घटाने या सतह खुरदरापन नहीं दिखाता है। 1.5 मिमी क्वार्ट्ज म्यान सैद्धांतिक रूप से संक्षारण दृष्टिकोण से सैकड़ों हजारों घंटे की सेवा प्रदान करेगा। इसलिए अमोनियम सल्फेट सेवा में विफलता तंत्र रासायनिक नहीं बल्कि भौतिक हैं: क्रिस्टलीकरण दूषण, थर्मल तनाव और यांत्रिक क्षति।
The presence of chloride contaminants (e.g., from impure raw materials or process water) at levels above 100 ppm can alter the corrosion behavior. Chloride ions can cause pitting of some metals, but quartz is resistant to chloride attack at pH 4–5. However, if chloride levels are very high (>1,000 पीपीएम) और अन्य कारकों के कारण पीएच गिरता है, स्थानीय हमला हो सकता है। उचित रूप से बनाए गए उर्वरक ग्रेड समाधानों में, क्लोराइड आमतौर पर 50 पीपीएम से नीचे होते हैं।
अमोनियम सल्फेट क्रिस्टलीकरण से जमा निर्माण
अमोनियम सल्फेट सेवा में क्वार्ट्ज हीटर के क्षरण का सबसे आम कारण संक्षारण नहीं बल्कि क्रिस्टलीय नमक जमा का निर्माण है। अमोनियम सल्फेट की घुलनशीलता 20 डिग्री पर लगभग 75 ग्राम/100 एमएल है, लेकिन तापमान के साथ घुलनशीलता बढ़ जाती है। बाष्पीकरणकर्ताओं में, जैसे ही पानी वाष्पित होता है, घोल अतिसंतृप्त हो जाता है, और अमोनियम सल्फेट क्रिस्टल क्वार्ट्ज सतह पर अवक्षेपित हो जाते हैं। ये क्रिस्टल संक्षारक नहीं हैं लेकिन थर्मल रूप से इन्सुलेटिंग हैं। 1 मिमी मोटी क्रिस्टल परत गर्मी हस्तांतरण को 30-50% तक कम कर सकती है, जिससे नीचे का क्वार्ट्ज अधिक गर्म हो जाता है। यदि क्रिस्टल पिघलते हैं (अमोनियम सल्फेट 235 डिग्री पर पिघलता है, तो कोई समस्या नहीं है) या बिखर जाते हैं, तो वे थर्मल तनाव पैदा कर सकते हैं। चरम मामलों में, क्रिस्टल परत इतनी मोटी हो सकती है कि हीटर प्रभावी रूप से इन्सुलेट हो जाता है, और क्वार्ट्ज तापमान इसके तनाव बिंदु (लगभग 1100 डिग्री) से ऊपर बढ़ जाता है, जिससे नरम या विचलन हो जाता है। गर्म पानी से हीटर की नियमित सफाई (क्रिस्टल को घोलना) इसे रोकती है।
मेनिस्कस ज़ोन वह जगह है जहां क्रिस्टलीकरण सबसे गंभीर होता है। एक स्थिर तरल स्तर बनाए रखना या वाष्प ढाल का उपयोग करना मेनिस्कस क्रस्ट के गठन को रोकता है। एक पॉलिश क्वार्ट्ज सतह क्रिस्टल आसंजन को कम करती है।
दीवार की मोटाई सेवा जीवन को कैसे संशोधित करती है
चूँकि रासायनिक संक्षारण नगण्य है, संक्षारण भत्ता के आधार पर दीवार की मोटाई का चयन नहीं किया जाता है। इसके बजाय, मोटाई को यांत्रिक शक्ति, क्रिस्टलीकरण गर्म स्थानों से थर्मल तनाव के प्रतिरोध और सफाई में आसानी के लिए चुना जाता है। अधिकांश अमोनियम सल्फेट अनुप्रयोगों के लिए 1.5-2.0 मिमी की मानक क्वार्ट्ज हीटर दीवार की मोटाई पर्याप्त है। क्रिस्टल प्रेरित हॉट स्पॉट होने पर मोटी दीवारें (2.5-3.0 मिमी) थर्मल शॉक के प्रति अधिक प्रतिरोध प्रदान करती हैं, लेकिन वे थर्मल पेनल्टी भी बढ़ा देती हैं। लगातार सफाई (उदाहरण के लिए, साप्ताहिक) वाले बाष्पीकरणकर्ताओं के लिए, बेहतर गर्मी हस्तांतरण के लिए पतली दीवारों को प्राथमिकता दी जाती है। कम सफाई (उदाहरण के लिए, मासिक) वाले बाष्पीकरणकर्ताओं के लिए, मोटी दीवारें सुरक्षा मार्जिन प्रदान करती हैं।
अमोनियम सल्फेट समाधान में मोटी दीवारों का थर्मल जुर्माना
35% सांद्रता और 80 डिग्री पर अमोनियम सल्फेट समाधान में पानी के समान लगभग 0.55–0.60 W/(m·K)- की तापीय चालकता होती है। घनत्व 1.20-1.25 ग्राम/सेमी³, चिपचिपाहट 1.0-1.5 सीपी है। 1.5 मिमी की दीवार के लिए, R_cond=0.00109 m²·K/W; 3.0 मिमी की दीवार के लिए, R_cond=0.00217. h के साथ=800 W/(m²·K), R_सीमा=0.00125. 1.5 मिमी के लिए कुल प्रतिरोध=0.00234 → U=427 W/(m²·K); 3.0 मिमी=0.00342 → यू=292 डब्ल्यू/(एम²·के) के लिए, 32% की कमी। यह जुर्माना काफी बड़ा है. चूंकि संक्षारण नगण्य है, इसलिए सबसे पतली व्यावहारिक दीवार जो पर्याप्त यांत्रिक शक्ति प्रदान करती है उसे चुना जाना चाहिए -आमतौर पर 1.5-2.0 मिमी।
परिदृश्य-हॉट अमोनियम सल्फेट सेवा में क्वार्ट्ज शीथ दीवार की मोटाई के लिए आधारित चयन मैट्रिक्स
| अनुप्रयोग परिदृश्य और संचालन पैरामीटर | अनुशंसित दीवार की मोटाई | क्वांटिफाइड ट्रेड के साथ मुख्य तर्क-बंद |
|---|---|---|
| उर्वरक बाष्पीकरणकर्ता (35% (NH₄)₂SO₄, 85 डिग्री, निरंतर, साप्ताहिक सफाई) | 1.5 - 2.0 मिमी, मानक ग्रेड, लौ -पॉलिश | संक्षारण नगण्य. ऊर्जा दक्षता के लिए पतली दीवार। फ्लेम-पॉलिश क्रिस्टल आसंजन को कम करता है। यू ≈ 450 डब्ल्यू/(एम²·के)। |
| प्रोटीन अवक्षेपण (40% (NH₄)₂SO₄, 70 डिग्री, बैच, रुक-रुक कर) | 1.5 मिमी, जैसा कि खींचा गया है | कम तापमान, कम जोखिम। यू ≈ 480 डब्ल्यू/(एम²·के)। |
| उच्च{{0}शुद्धता अमोनियम सल्फेट (क्लोराइड-मुक्त, कोई भी तापमान) | 1.5 - 2.0 मिमी, मानक ग्रेड | संक्षारण की कोई चिंता नहीं. यू ≈ 450 डब्ल्यू/(एम²·के)। |
| कम सफाई वाला बाष्पीकरणकर्ता (मासिक) | 2.0 - 2.5 मिमी, लौ-पॉलिश | क्रिस्टल बिल्डअप से थर्मल तनाव के खिलाफ सुरक्षा मार्जिन प्रदान करता है। यू ≈ 380 डब्लू/(एम²·के)। |
पूरक डिज़ाइन संशोधन:गर्म पानी से नियमित सफाई करने से अमोनियम सल्फेट क्रिस्टल घुल जाते हैं। निरंतर तरल स्तर बनाए रखने से मेनिस्कस क्रिस्टलीकरण को रोका जा सकता है। एक पॉलिश क्वार्ट्ज सतह क्रिस्टल आसंजन को कम करती है। अच्छा आंदोलन स्थानीयकृत अतिसंतृप्ति को रोकता है। वाष्प ढाल या भाप से गर्म ऊपरी आवरण का उपयोग ऊपरी आवरण के क्रिस्टलीकरण को रोकता है।
